Antimaterie - vår tvilsomme tvilling

Stoffet vi er laget av har et motstykke, et vrengebilde, en tvilling med motsatt fortegn. I teorien burde verdensrommet være fullt av slik antimaterie, men hvor er den?

 (Foto: (Illustrasjon: Clipart))
(Foto: (Illustrasjon: Clipart))

I skolegården renner sommeren ut i høst, og frøken tegner sirlige atomer på tavla. “Her er protonet, med positiv ladning, i midten, og her er elektronet.”, forkynner hun og lager jamrelyder med krittet. En liten ball med minustegn på går liksom i bane rundt protonet. På prøva uka etter bytter jeg om pluss og minus, og får så øra flagrer. Hadde jeg bare visst at mitt omvendte atom er like reelt som frøkens. Antimaterie, ikke sant.

Stoff - bare stikk motsatt

Antimaterie er rett og slett atomer hvor elektronene har positiv elektrisk ladning, og protonene i kjernen har negativ. Ellers fungerer antiatomene helt som vanlige atomer, og kan for eksempel bygge opp antihydrogen, eller antijern.

Man kan dermed tenke seg hele galakser, med kloder og levende vesener, som er bygd opp av ren antimaterie. Reiste du dit med et romskip ville alt ha sett temmelig vanlig ut, helt til du bestemte deg for å lande på en av planetene. Da ville ting til gjengjeld fort blitt en smule problematiske.

I det du entret atmosfæren av antimateriegasser ville nemlig skipet ditt eksplodert i et smell av kosmiske dimensjoner. Etterpå ville det ikke vært så mye som et støv igjen av verken deg eller farkosten.

Når materie og antimaterie møtes, opphever de nemlig hverandre. De annihilerer. Dermed slipper all energien fri i et inferno av stråling, og etterpå er det ikke filla igjen. For å skjønne noe som helst av hva som går for seg, kan det være lurt å kikke litt nærmere på forholdet mellom stoff og energi.

Stoff og energi

Materie, altså stoffene universet er bygd opp av, og energi er egentlig to sider av samme sak. Det betyr at man kan lage energi av stoff, og stoff av energi. Men det kreves ufattelig mye energi for å lage håndfaste partikler. Klarer du på den annen side å få stoff til å oppløse seg i energi igjen, blir det et skikkelig stjernesmell.

Kunne du frigjøre energien i én eneste kilo sukker eller jern (eller et hvilket som helst annet stoff), ville det være nok til å holde en bil i gang i nærmere 100 000 år uten stans. Ett eneste gram ville holde en middels by med kraft et helt døgn. Det er denne energien som slippes fri når materie og antimaterie møtes.

På den annen side er det også mulig å lage helt splitter nytt stoff, hvis du bare har nok energi. Og det er nettopp dette partikkelfysikerne ved CERN i Sveits, Stanford Linear Acceleratir Center i USA og KEK i Japan driver med. Disse forskerne er antageligvis også de eneste i verden som lager noe av å krasje ting sammen.

Partikkelpar

Energi henger nøye sammen med fart. Jo fortere en ting suser av gårde, jo mer energi har den. I en partikkelakselerator gasser man rett og slett to partikler opp nesten til lyshastigheten, før man lar dem brake sammen i en real front-mot-front-kollisjon. Dermed kommer så mye energi på frifot at det kan poppe ut nye partikler, rett ut av ingenting.

Men hver gang fysikerne lykkes i å gjøre krasjeksperimentet sitt, får de to partikler i stedet for én. Det har nemlig vist seg å være klink umulig å lage en partikkel, uten å samtidig produsere en antipartikkel.

Slik var det nok også da alle stoffene i Universet ble skapt av energi, etter det store smellet. Men hvor har all antimaterien i Universet gjort av seg? Hadde materie og antimaterie svevd om hverandre i verdensrommet, ville vi jo ikke gjort annet enn å observere gigantiske eksplosjoner på himmelen.

Vi er en rest

Det er jo mulig at antimaterie og materie har skilt seg fra hverandre, og at det finnes antimateriegalakser ett eller annet sted i Universet. Men forskerne har en annen teori. De tror det finnes en liten forskjell på materie og antimaterie, slik at det ble lagd bitte litt flere partikler enn antipartikler i begynnelsen. Dette kalles for et CP-brudd.

I løpet av produksjonen av en milliard partikler, poppet det kanskje ut én eneste ekstra vanlig partikkel, spekulerer fysikerne. Når haugen av materie og antimaterie som var blitt lagd smeltet sammen igjen og ble til energi, ble det bitte lite overskuddet av materie igjen. Stjernene og galaksene vi vet om i deg, er dermed den ubetydelige resten som ble igjen da alle de andre partiklene hadde annihilert.

Men forskerne er ikke sikre. Derfor ser de stadig etter ny kunnskap om antimaterie. Astronomene holder utkikk etter karakteristiske eksplosjoner i rommet, som kunne vitne om at det finnes klumper av antimaterie der ute.

Samtidig leter partikkelfysikerne etter små forskjeller på partikler og antipartikler i akseleratorene. Kan de finne den minske ulikhet, kan det tyde på at det faktisk ble skapt litt mer materie enn antimaterie da verden ble til.

Nå fikk du noe å tenke på, nå!

Lenker:

CERN:Antimatter: Mirror of the Universe
SLAC: What is direct CP violation?

Powered by Labrador CMS